从物理角度看体育项目若干技巧与现象*

张少朋

(河北大学体育教学部 河北 保定 071002)

白英彬

(北京外国语大学附属苏州湾外语学校 江苏 苏州 215200)

冉俊霞

(河北大学物理科学与技术学院 河北 保定 071002)

1 引言

体育运动中包含了物理运动，知道了这些物理运动的原理就可以提高体育运动中的运动技巧，提升运动成绩；也可以解释体育运动中的一些奇怪现象．下面以几项体育运动为例来说明体育运动中包含了哪些物理现象．

2 “篮球运动”中包含的物理知识

篮球运动是一项深受大学生和中学生喜爱的体育运动，也是全民健身运动中一项十分重要的体育活动．篮球运动本身是对抗性很强的体育运动，其比赛节奏快、 对抗激烈．其中投篮的命中率是对比赛结果影响的关键因素，投篮的基本动作中蕴含着丰富的物理原理[1]．原地投篮练习的时候通过脚蹬地的操作支持力对脚产生冲击力量，由此出现动量．在腿伸直的运动中，动量会从脚传递到腿上，之后还会从腿传递到腰腹部上，进而通过手将动量传递给篮球，完成动量的传递．即投球前的这一系列动作中，其实包含着动量的传递．当篮球出手后，忽略空气阻力的影响，篮球从离开手到进入篮筐所做的是一个有初始速度的斜抛运动．

再比如篮球入篮筐时的最小角度理论上可以是零，但实际上，篮球入筐时的角度肯定要大于零，如图1所示，如果想让篮球入筐，入筐时的入射角就不能小于角A，由图1可知

(1)

将“标准篮球直径(db) 24.6 cm、篮圈直径(dr) 45 cm”代入式(1)，可计算出∠A=33.1°．

图1 篮球与篮筐的位置关系分析

但是物理公式中的数值仅仅能够表示一个理想范围，实际投篮中还需要反复训练，不断地调整自身运动轨迹与理想范围接近来提升命中率．

篮球投篮技术动作中蕴涵的物理原理还有很多，在日常训练和比赛中，如果善于运用，会大大提高投篮的命中率，大幅提高运动员的竞技水平和比赛成绩．

3 “足球运动”中包含的物理知识

足球运动是一项风靡全世界的运动，研究足球运动中的物理学知识对运动员的训练和比赛有着积极的指导作用[2]．比如让足球运动中的“停球”和“传球”都用到了力学知识．“停球”时用到了“缓冲”，而“缓冲”方式的力学原理就是动量定理、功和能的相互转化．运动员用缓冲的方法停球时，首先是停球部位向前迎接来球，当停球部位与球接触后，停球部位以慢于球的速度向后撤， 这里“一迎一撤”的动作延长了球的运动时间和距离，使球的动能转化为对迎球部位做的功， 由于做功的距离、作用时间都被延长，停球部位受到的冲力也相应减小， 可以避免运动员在接球时受伤．很多运动员就是在“一迎一撤”的动作上没有做到位， 而导致球被反弹出去或者运动员受伤．“传球”是运动员的基本功，有长传和短传之分，短传主要用到了物理学中的斜抛运动．长传中非常有名的 “香蕉球”就是指弧线长传，此时球在空中的运动轨迹是一道弧线．这要求运动员踢球时对球的作用方向不经过球心，对球产生一个力矩使球在空中高速旋转飞行， 由于球的旋转会使相对于球运动的空气流速不同， 而对球产生“马格努斯力”．

4 “铅球”运动中的物理知识

铅球是体育中考中的一个项目，也是体育比赛中常见的项目．铅球运动中包含着物理学中的斜抛运动，因此，当运动员将“铅球”扔出瞬间，铅球做的是一个有初始速度的斜抛运动，其扔出去的最远距离是由初始速度的角度、初始速度以及初始高度决定的．而初始高度由于身高的限制，变化不大，初始速度是要经过运动员的反复训练以提高其力量，因此，掌握铅球的最佳抛射角就成为提高运动成绩的最好突破口．假设出手高度为h，出手点为A，铅球的落地点为C，A到C的水平距离为x，铅球的初速度大小为v，出手角度为α，可以列出铅球的运动方程

x=vtcosα

(2)

(3)

当铅球落地时，y的值为-h，则根据式(2)和式(3)可以求得铅球运行的水平距离

(4)

根据式(4)，可以求出x的极值，就可以获得最佳投掷角度．平常训练中，以此角度为参考就可以提高投掷成绩．

5 “排球”运动比赛中的物理知识

排球运动也离不开物理原理的运用[3,4]，从发球、进攻、接球、传球、防守都离不开力的作用，比如发球时，运动员先要将球抛出，然后通过不同的方式击球，并将球准确地发往对方场地，在此过程中涉及到惯性、动量以及力的相互作用等力学原理．再比如接球时，如果想接球接得稳，必须要有一个缓冲，这就是动量定理，即冲量等于动量的变化量，当作用时间t越大时,人受到的力F就越小，缓冲动作减小了冲击力并积累了弹性势能．

6 “拔河”运动比赛中的物理原理

拔河运动是人们非常喜欢的休闲体育运动，在拔河运动中，人们主要受到拉力和摩擦力，而比赛的胜负主要由拉力和摩擦力之间的合力决定．要想赢得比赛就一定要增大自身的摩擦力．而摩擦力的大小主要受摩擦系数和正压力的影响， 所以选择体重大的运动员，让其穿摩擦系数大的运动鞋进行比赛，这样就可以增大摩擦力，贏得比赛．

7 “概率和统计”在体育项目比赛中的应用

在比赛中，经常也会遇到一些意想不到的现象，本来实力悬殊差距较大的两队，大家都认为实力强的肯定能胜过实力弱的队，而结果却是实力强的队输了．这样的结果其实也是有科学原因的．因为，从概率和统计学的角度来看，统计涨落(误差)与统计对象的多少有关，统计对象越少，统计涨落(误差)越大．比如足球比赛中，由于统计对象较少(进球的次数较少)，因此统计涨落较大．所以说，偶然现象也是包含了某些规律的，这种规律造成意外结果．

8 结束语

体育项目中包含的物理原理还有很多，将物理理论运用到实际的体育训练中，不仅可以指导学生更加高效的训练，提高体育成绩，还可以避免受到身体上的伤害．